-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein insbesondere im Bereich von Omnibussen oder dergleichen einsetzbares brennstoffbetriebenes Heizgerät sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen brennstoffbetriebenen Heizgeräts.
-
Omnibusse weisen im Vergleich zu Personenkraftfahrzeugen ein deutlich größeres zu beheizendes Volumen beispielsweise eines Innenraums auf. Zur Bereitstellung der hierzu erforderlichen vergleichsweise großen Heizleistung von bis zu mehr als 30 kW können sogenannte Zerstäuberbrenner eingesetzt werden. Bei derartigen Zerstäuberbrennern kann der von einer Brennstoffpumpe zugeführte flüssige Brennstoff über eine Zerstäuberdüse in Form eines Brennstoffsprays in eine Brennkammer eingeleitet werden, dort mit Verbrennungsluft gemischt und zur Bereitstellung von Wärme verbrannt werden. Um in Phasen, in welchen beispielsweise aufgrund mangelnden Wärmebedarfs ein derartiges Heizgerät nicht im Verbrennungsbetriebs arbeiten soll, einen Brennstoffaustritt in Richtung zur Brennkammer zu unterbinden, kann zwischen der Brennstoffpumpe und der Zerstäuberdüse ein Magnetventil angeordnet sein. Derartige Magnetventile weisen vergleichsweise lange Schaltzeitdauern auf, schalten also vergleichsweise langsam, was aufgrund des Umstandes, dass eine Anpassung der im Verbrennungsbetrieb bereitgestellten Heizleistung an den Wärmebedarf bei derartigen Heizgeräten nicht stattfindet, keine Beeinträchtigung im Heizbetrieb mit sich bringt.
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein brennstoffbetriebenes Heizgerät und ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts vorzusehen, mit welchen in einfacher Weise eine Anpassung des Verbrennungsbetriebs an die erforderliche Heizleistung vorgenommen werden kann.
-
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, insbesondere für einen Omnibus, umfassend eine Brennstoffeinspritzanordnung zur Abgabe von Brennstoff in einen Brennkammerbereich sowie eine Verbrennungsluftzuführeinheit zur Zufuhr von Verbrennungsluft zu dem Brennkammerbereich, wobei die Brennstoffeinspritzanordnung eine Brennstoffpumpe zur Bereitstellung von unter Druck stehendem flüssigem Brennstoff und ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich umfasst, wobei dem Brennstoffeinspritzventil eine Ansteuereinheit zum Ansteuern des Brennstoffeinspritzventils zur Abgabe von Brennstoff in den Brennkammerbereich zugeordnet ist, wobei die Ansteuereinheit dazu ausgebildet ist, das Brennstoffeinspritzventil im Verbrennungsbetrieb zum intermittierenden Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich anzusteuern.
-
Das erfindungsgemäße Heizgerät unterscheidet sich von insbesondere im Bereich von Omnibussen oder dergleichen eingesetzten Heizgeräten grundsätzlich dadurch, dass zum Einleiten von Brennstoff in einen Brennkammerbereich kein Zerstäuber bzw. keine Zerstäuberdüse mit vorgeschalteten Magnetventil, sondern ein beispielsweise auch zur Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder einer Brennkraftmaschine einsetzbares Brennstoffeinspritzventil genutzt wird. Ein derartiges Brennstoffeinspritzventil weist eine vergleichsweise kurze Ansteuerzeit im Bereich von 2 ms und weniger auf. Die Ansteuerzeit ist diejenige Zeit, die erforderlich ist, um nach Anlegen eines entsprechenden Ansteuersignals an das Brennstoffeinspritzventil dieses in seine Offenstellung zu schalten. Aufgrund dieser sehr kurzen Reaktionszeit wird es möglich, vergleichsweise große, gleichwohl präzise bemessene Brennstoffmengen in vorzugsweise periodisch abgegebenen Brennstoffströmen abzugeben. Zur Einstellung der abzugebenden Brennstoffmenge und damit zur Einstellung der Heizleistung kann die Anzahl der pro Zeiteinheit, also beispielsweise pro Sekunde, abgegebenen Brennstoffstöße bzw. die bei jedem Brennstoffstoß abgegebene Brennstoffmenge eingestellt werden.
-
Der Brennkammerbereich kann einen Brennstoffaufnahmekörper mit einem von dem Brennstoffeinspritzventil eingespritzten Brennstoff aufnehmenden Brennstoff/Luft-Mischvolumen umfassen.
-
Um eine effiziente Durchmischung von Brennstoff und Verbrennungsluft gewährleisten zu können, wird vorgeschlagen, dass der Brennstoffaufnahmekörper eine Bodenwandung und eine Umfangswandung umfasst, wobei in der Bodenwandung eine Öffnung zum Eintritt von von dem Brennstoffeinspritzventil eingespritztem Brennstoff in das Brennstoff/Luft-Mischvolumen vorgesehen ist, und dass in der Bodenwandung oder/und der Umfangswandung eine Mehrzahl von Öffnungen zum Eintritt von Verbrennungsluft in das Brennstoff/Luft-Mischvolumen vorgesehen ist.
-
Die Ansteuereinheit kann dazu ausgebildet sein, das Brennstoffeinspritzventil im Verbrennungsbetrieb zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich mit einer Einspritzwiederholrate im Bereich von 5-20 Einspritzungen pro Sekunde anzusteuern. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass zur Veränderung der Heizleistung die pro Zeiteinheit, also beispielsweise pro Sekunde, abgegebene Anzahl an Brennstoffstößen variiert wird, wobei die bei jedem Brennstoffstoß abgegebene Brennstoffmenge im Wesentlichen gleich sein kann.
-
Insbesondere kann zur feinen Einstellung der bei jedem Brennstoffstoß abzugebenden Brennstoffmenge die Ansteuereinheit dazu ausgebildet sein, das Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich mit variablem Tastverhältnis anzusteuern. Dabei kann beispielsweise die Ansteuereinheit dazu ausgebildet sein, das Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich mit einer Tastperiodendauer im Bereich von 50 ms bis 150 ms anzusteuern. Eine derartige Tastperiodendauer kann im Betrieb im Wesentlichen konstant gehalten werden, so dass mit konstanter Wiederholungsrate beispielsweise jeweils am Beginn einer Tastperiodendauer ein Brennstoffstoß abgegeben wird. Durch Veränderung des Tastverhältnisses und damit auch der Zeitdauer eines jeweiligen Brennstoffstoßes kann die in einer jeweiligen Tastperiode abgegebene Brennstoffmenge an die bereitzustellende Heizleistung angepasst werden.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die eingangs angegebene Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben eines brennstoffbetriebenen Heizgeräts, insbesondere für einen Omnibus. Das Heizgerät umfasst eine Brennstoffeinspritzanordnung zur Abgabe von Brennstoff in einen Brennkammerbereich sowie eine Verbrennungsluftzuführeinheit zur Zufuhr von Verbrennungsluft zu dem Brennkammerbereich. Im Verbrennungsbetrieb wird die Brennstoffeinspritzanordnung zur intermittierenden Abgabe von Brennstoff in den Brennkammerbereich betrieben.
-
Für dieses Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Brennstoffeinspritzanordnung eine Brennstoffpumpe zur Bereitstellung von unter Druck stehendem flüssigem Brennstoff und ein Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich umfasst, und dass im Verbrennungsbetrieb das Brennstoffeinspritzventil zum intermittierenden Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich betrieben wird.
-
Zur Anpassung der abgegebenen Brennstoffmenge an den geforderten Heizbetrieb kann im Verbrennungsbetrieb das Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich mit variablem Tastverhältnis betrieben werden. Dabei kann im Verbrennungsbetrieb das Brennstoffeinspritzventil zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich mit einer Tastperiodendauer im Bereich von 50 ms bis 150 ms betrieben werden.
-
Ferner kann beispielsweise zur Veränderung der pro Zeiteinheit abgegebenen Brennstoffmenge im Verbrennungsbetrieb die Brennstoffeinspritzanordnung zum Einspritzen von Brennstoff in den Brennkammerbereich mit einer Einspritzwiederholrate im Bereich von 5-20 Einspritzungen pro Sekunde betrieben werden.
-
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beiliegende 1 detailliert erläutert, welche in prinzipartiger Längsschnittdarstellung ein brennstoffbetriebenes Heizgerät für ein Fahrzeug zeigt.
-
In der 1 ist ein brennstoffbetriebenes Heizgerät, das insbesondere Anwendung finden kann in einem Omnibus oder dergleichen, beispielsweise aber auch als Gebäudeheizung eingesetzt werden kann, allgemein mit 10 bezeichnet. Das Heizgerät 10 umfasst einen Brennkammerbereich 12 mit einem im Wesentlichen topfartig ausgebildeten Brennstoffaufnahmekörper 14. Der Brennstoffaufnahmekörper 14 ist mit einer Umfangswandung 16 und einer Bodenwandung 18 ausgebildet, wobei die Umfangswandung 16 an die Bodenwandung 18 anschließt und in Richtung einer Heizgerät-Längsachse A einen zunehmenden Radius aufweist. In einem näherungsweise zylindrischen Abschnitt 20 der Umfangswandung 16 und in der Bodenwandung 18 sind Öffnungen 22, 24 für die in eine im Brennkammerbereich 12 gebildete Brennkammer 28 einzuleitende Verbrennungsluft vorgesehen. Die Brennkammer 28 stellt ein Brennstoff/Luft-Mischvolumen bereit, in welchem Brennstoff und Verbrennungsluft gemischt werden können. Den Öffnungen 24 sind Luftleitelemente 26 zugeordnet, welche in Umfangsrichtung um die Heizgerät-Längsachse A aufeinanderfolgend angeordnet sind und für die Erzeugung einer Drallströmung der in die Brennkammer 28 eingeleiteten Verbrennungsluft sorgen. Auch in einem radialen Erweiterungsbereich 30 der Umfangswandung 16 können weitere Öffnungen vorgesehen sein, durch welche hindurch Verbrennungsluft in den Bereich der Brennkammer 28 eingeleitet werden kann.
-
Die Verbrennungsluft wird durch ein eine Verbrennungsluftzuführeinheit bereitstellendes Verbrennungsluftgebläse 32 in Richtung zur Brennkammer 28 geleitet. Das Verbrennungsluftgebläse 32 umfasst einen Gebläsemotor 34 und ein von diesem zur Drehung angetriebenes Förderrad 36. Durch eine Öffnung 38 in einem Heizgerätegehäuse 40 wird die Verbrennungsluft durch das Förderrad 36 in Richtung zum Brennstoffaufnahmekörper 14 geleitet, so dass die Verbrennungsluft durch die Öffnungen 22, 24 in die Brennkammer 28 eintreten kann.
-
Zum Einleiten von Brennstoff in die Brennkammer 28 ist eine eine Brennstoffpumpe 42 und ein Brennstoffeinspritzventil 44 umfassende Brennstoffeinspritzanordnung 45 vorgesehen. Die Brennstoffpumpe 42 nimmt flüssigen Brennstoff von einem nicht dargestellten Brennstofftank auf und stellt in einem zum Brennstoffeinspritzventil 44 führenden Leitungsbereich unter Druck stehenden Brennstoff bereit.
-
Das Brennstoffeinspritzventil 44 und die Brennstoffpumpe 42 stehen unter der Ansteuerung einer Ansteuereinheit 46. Die Ansteuereinheit 46 steuert im Verbrennungsbetrieb die Brennstoffpumpe 42 zum Fördern von Brennstoff bzw. zum Bereitstellen von unter Druck stehendem Brennstoff an und steuert das Brennstoffeinspritzventil 44 an, um unter Druck stehenden Brennstoff durch eine zentrale Öffnung in der Bodenwandung 18 hindurch in die Brennkammer 28 einzuspritzen. Dabei entsteht in der Brennkammer 28 ein zündfähiges Gemisch aus Brennstoff und Verbrennungsluft. Durch ein ebenfalls unter der Ansteuerung der Ansteuereinheit 46 stehendes Zündorgan 48 kann dieses Gemisch gezündet und verbrannt werden. Die dabei entstehenden Verbrennungsabgase strömen entlang eines Flammrohrs 50 und Verlassen dieses an seinem von der Brennkammer 28 abgewandten Ende. Dort werden die Verbrennungsabgase von einem inneren Wärmetauschergehäuse 52 nach radial außen umgelenkt, so dass sie durch einen zwischen dem Flammrohr 50 und dem inneren Wärmetauschergehäuse 52 gebildeten Abgasrückströmraum 54 in Richtung zu einem Abgasauslass 56 strömen. Dabei wird Wärme auf ein beispielsweise flüssiges Wärmeträgermedium übertragen, das in einem zwischen dem inneren Wärmetauschergehäuse 52 und einem äußeren Wärmetauschergehäuse 56 gebildeten Wärmeträgerströmungsraum 58 strömt.
-
Bei diesem in 1 dargestellten Heizgerät 10 kann zur Einstellung der Heizleistung das Brennstoffeinspritzventil 44 im Verbrennungsbetrieb zum intermittierenden Abgeben von Brennstoff in die Brennkammer 28 angesteuert werden. Dabei kann beispielsweise das Brennstoffeinspritzventil 44 mit einem zur Veränderung der Heizleistung variierbaren Tastverhältnis angesteuert werden. Eine Tastperiode kann beispielsweise eine Tastperiodendauer im Bereich von 50 ms bis 150 ms aufweisen. Am Beginn jeder Tastperiode wird das Brennstoffeinspritzventil 44 zum Öffnen desselben angesteuert. Das Brennstoffeinspritzventil 44 weist eine vergleichsweise kurze Ansteuerzeit bzw. Reaktionszeit von etwa 1,8 ms bis 2 ms auf. D.h., nach dieser Ansteuerzeit ist das Brennstoffeinspritzventil 44 offen und spritzt Brennstoff in die Brennkammer 28 ein. Die Zeitdauer, über welche in einer jeweiligen Tastperiode Brennstoff eingespritzt wird, kann dann in Abhängigkeit von der einzustellenden Heizleistung ausgewählt werden, so dass durch Veränderung des Tastverhältnisses, also des Verhältnisses zwischen der Zeitdauer, während welcher Brennstoff eingespritzt wird, und der Tastperiode, die Heizleistung eingestellt werden kann. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn bei ausreichender Erwärmung des im Wärmeträgermediumströmungsraum 58 strömenden Wärmeträgermediums eine weitere Wärmezufuhr nicht erforderlich ist oder mit vermindertem Ausmaß erfolgen soll. Die Temperatur des Wärmeträgermediums kann beispielsweise an einem nicht dargestellten Eintritt oder einem Austritt für das Wärmeträgermedium in bzw. aus dem Wärmeträgermediumströmungsraum 58 erfasst und der Ansteuereinheit 46 zur entsprechenden Ansteuerung des Brennstoffeinspritzventils 44 zugeleitet werden.
-
Auch eine Veränderung einer Brennstoffeinspritzperiode zur Veränderung der pro Zeiteinheit in die Brennkammer 28 eingeleiteten Brennstoffmenge ist durchführbar. So kann beispielsweise die Zeitdauer, über welche hinweg das Brennstoffeinspritzventil 44 zum Einspritzen von Brennstoff in die Brennkammer 28 offen ist, im Wesentlichen konstant gehalten werden und zur Anpassung der Brennstoffmenge die Anzahl derartiger Brennstoffeinspritzvorgänge beispielsweise pro Sekunde verändert werden. Beispielsweise kann mit einer Einspritzwiederholrate in einem Spektrum von etwa 5-20 Einspritzungen pro Sekunde gearbeitet werden, um auf diese Art und Weise die Heizleistung des Heizgerät 10 in einem Heizleistungsspektrum im Bereich von einigen wenigen kW bis zu über 30 kW zu variieren. Eine derartige Veränderung einer Brennstoffeinspritzperiode kann kombiniert sein mit einer Veränderung der Einspritzdauer bei den einzelnen Einspritzvorgängen, um eine noch feinere Variation der Heizleistung realisieren zu können.
-
Es ist selbstverständlich, dass in Verbindung mit der Veränderung der pro Zeiteinheit eingespritzten Brennstoffmenge auch eine Veränderung der in die Brennkammer eingeleiteten Verbrennungsluftmenge zu erfolgen hat, um auf diese Art und Weise zu gewährleisten, dass immer ein für einen optimalen Verbrennungsprozess und somit einen minimalen Schadstoffausstoß erforderliches Verhältnis von Brennstoff und Verbrennungsluft erreicht wird. Die Anpassung der Verbrennungsluftmenge kann beispielsweise durch Veränderung der Drehzahl des Förderrads 36 erfolgen, wozu auch der Gebläsemotor 34 unter der Ansteuerung der Ansteuereinheit 46 stehen kann.
